最新血氧儀低功耗設計方案

貝能國際

下面介紹一個以Microchip MCU與Intersil的模擬器件為主的血氧儀的低功耗設計方案。血氧儀用來測量血氧飽和度的電子設備，血氧飽和度是血液中被氧結合的氧合血經蛋白(HbO2)的容量占全部可結合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度、它是用于表征呼吸循環的重要生理參數，正常人體動脈血氧飽和度為98％。本方案采用光電傳感器測量，利用人體的血紅蛋白對660nm的紅光和940nm的近紅外光的吸收率不一樣，測定通過手指(或耳垂等)光傳導強度，再通過軟件計算并得出血氧飽和度。

整個系統如圖1所示，紅光及紅外光經過手指或耳垂，由光電池感應出電流，經ISL28413進行I／v轉換放大，再送入MCP3425進行AD轉換，MCU根據紅光及紅外光的AD轉換結果計算得到血氧飽和度，并可順便計算出脈膊，同由LCD顯示出來。圖2為I／v轉換及信號放大的電路，光電池是電流型器件，這就需要將電流變化量轉換成為電壓變化量。以方便采集。

由于放電池感應的電流信號微弱，這就要求I／v轉換的運放必須具備非常低的輸入失調電流，ISL28413以其10ph的偏置電流、最低1.8V的工作電壓、高性價比等特性使其非常適合電池供電系統。圖1中電位器選用Intersil的雙256抽頭的X9S820，此路用于調節運放的增益，另一路用于后面的濾波電路。考慮到系統分辨率，這里選用一顆Microchip的16(~Delta，sigma的AD轉換器。作為AD轉換器的基準，ISL60002以業界最低工作電流350nA、20ppm／℃的溫漂成為此系統的必備之選。整體模擬電路由一顆帶EN功能的LDO供電，待機時模擬部分的電路被完全切斷，這里選用一顆ISL9003A，提供高達93dB電源抑制比的同時具有非常低的輸出噪聲。

單片機采用Microchip剛推出的帶有LCD驅動的PICl6F193x系列，它采用了最新的nanoWatt XLP技術，1.8V時典型待機電流僅為60nA。它在PIC16F91x基礎上增加了14條指令，程序空間也增加到16K，別外還增加了2個帶CCP功能的定時器、16通道的電容性觸摸感應模塊和一個5位分辨率的DAC。

低功耗設計不僅僅看LDO DC／Dc能提供輸出的電壓、電流和功率，還要考慮到器件的溫升、開關頻率、轉換效率等一些隱性參數，在滿足負載功耗的同時，也要考慮到余量設計，芯片的保護功能也是設計者需要考慮的問題。通常內部過流、過壓、過溫保護可以減少外部電路和降低功耗，使產品達到更好的性能。Intersil的電源管理器件有不同的檔次來滿足設計者的不同需求，讓設計者在達到上述設計要求的同時，可以選擇合理價位的產品。